CN109343338A - 一种用于电阻炉温度控制的模糊pid系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对工业过程进行控制的领域，特别是一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统及方法，该控制系统包括热电偶及热电偶温度变送器、模糊PID控制器、调压加热器、电阻炉，其控制方法是利用模糊PID控制方法的有效性，克服电阻炉的滞后对控制的影响，实现了调节速度快，调节时间短，控制精度高、稳定性等优点，并且保证控制系统具有良好的自适应能力，具有很强的实用性和应用价值。
Description
技术领域：
本发明涉及一种关于工业过程控制领域的控制系统与控制方法。具体是一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统及方法。
背景技术：
电阻炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差等优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。
最近发展起来的模糊控制算法由于具有对对象模型要求低，响应速度快的特点，经常被应用于温度控制系统中。将模糊控制算法引入传统的电阻炉控制系统中，构成模糊PID温度控制系统，利用模糊控制自适应在线修改PID参数，结合模糊控制和PID控制的优点，来提高控制系统的稳定性和快速性。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统及方法，有效地克服电阻炉容积滞后大，对象增益、滞后时间随工作温度变化的特点，提高了控制系统的稳定性和快速性。
本方案采用以下方法实施：
一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统，其特征在于，包括热电偶及热电偶温度变送器、模糊PID控制器、调压加热器、电阻炉，所述的模糊PID控制器设在控制室内，与热电偶温度变送器的输入端相连接，模糊PID控制器输出端与调压加热器连接，调压器和电阻炉连接。所述的模糊PID控制器接收热电偶温度变送器信号，根据热电偶温度变送器信号减去设定的信号，得到误差及误差的变化率。
包括利用模糊PID控制对电阻炉温度进行控制的步骤如下：
（1）首先由热电偶测出电阻炉温度，通过与设定的温度信号进行比较，计算温度误差e和温度变化率ec；
（2）所述的温度偏差信号和温度变化率信号共同输入模糊控制器；
（3）当电阻炉温度偏差大且温度变化率小时，采用模糊控制；
（4）所述的模糊控制器对输入信号进行模糊化，根据模糊规则得出模糊值；
（5）所述的模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到所需要的控制器输出信号q；
（6）所述的模糊控制器的输出信号q加到调压加热器上，进行调节电压，改变加热功率；
（7）所述的调压加热器的输出信号输出到电阻炉上，进行温度的有效控制。
步骤(1) 中温度偏差信号e和温度变化率信号ec，经过模糊推理后输入到模糊控制器。在步骤(5) 中对输出信号进行解模糊化后输出控制量q。在步骤(1) 中所述的温度误差e 的论域是-1 至1，温度误差变化率ec 的论域是-1 至1。在步骤(5)中所述的控制器输出信号q 论域是-1 至1。在步骤(1) 中新建立一个误差e 的隶属函数，隶属函数采用三角函数，将零值设置为正零单个三角形分布，用以提高收敛温度的效果。
根据温度误差e和误差的变化率ec，修改PID控制器中比例P，积分I，微分D参数的大小，使温度平稳上升。
本发明的有益效果是：
将模糊PID控制器应用在电阻炉温度控制系统中，以温度误差和误差变化率为控制输入，加热量为控制输出，结合模糊控制和PID控制的优点，实现电阻炉温度的有效快速调节；克服了电阻炉温度对象滞后对控制造成的影响，是控制及时准确。采用了模糊控制的方法优化出新规则，并利用这些规则设计出控制器，然后将这些模糊语言转化为数值运算，并能保证控制系统具有良好的自适应能力。
附图说明
图1是本系统结构框图；
图2是隶属度函数图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明实施做详细说明：本发明案例是在本发明技术方案为前提下实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
如图1所示本系统包括以下几部分：热电偶及热电偶温度变送器、模糊PID控制器、调压加热器、电阻炉，所述的模糊PID控制器设在控制室内，与热电偶温度变送器的输入端相连接，模糊PID控制器输出端与调压加热器连接，调压器和电阻炉连接。
以电阻炉的温度模型为：，要求控制到温度为400°C，对系统进行仿真。
以要求温度Ts与实时室温T的误差e以及误差变化率de为模糊控制器的输入，以q模糊控制器的输出。
e＝{-1，-0.8，-0.6，-0.4，0，0.4，0.6，0.8，1}。
de＝{-1，-0.8，-0.6，-0.4，0，0.4，0.6，0.8，1}。
q＝ {-1，-0.8，-0.6，-0.4， 0，0.4，0.6，0.8，1}。
e，de和q 的语言值分别选为：
e ＝ { 负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。
q ＝ { 负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。
一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统，其特征在于，包括热电偶及热电偶温度变送器、模糊PID控制器、调压加热器、电阻炉，所述的模糊PID控制器设在控制室内，与热电偶温度变送器的输入端相连接，模糊PID控制器输出端与调压加热器连接，调压器和电阻炉连接。所述的模糊PID控制器接收热电偶温度变送器信号，根据热电偶温度变送器信号减去设定的信号，得到误差及误差的变化率。
包括利用模糊PID控制对电阻炉温度进行控制的步骤如下：
（1）首先由热电偶测出电阻炉温度，通过与设定的温度信号进行比较，计算温度误差e和温度变化率ec；
（2）所述的温度偏差信号和温度变化率信号共同输入模糊控制器；
（3）当电阻炉温度偏差大且温度变化率小时，采用模糊控制；
（4）所述的模糊控制器对输入信号进行模糊化，根据模糊规则得出模糊值；
（5）所述的模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到所需要的控制器输出信号q；
（6）所述的模糊控制器的输出信号q加到调压加热器上，进行调节电压，改变加热功率；
（7）所述的调压加热器的输出信号输出到电阻炉上，进行温度的有效控制。
步骤(1) 中温度偏差信号e和温度变化率信号ec，经过模糊推理后输入到模糊控制器。在步骤(5) 中对输出信号进行解模糊化后输出控制量q。在步骤(1) 中所述的温度误差e 的论域是-1 至1，温度误差变化率ec 的论域是-1 至1。在步骤(5)中所述的控制器输出信号q 论域是-1 至1。在步骤(1) 中新建立一个误差e 的隶属函数，隶属函数采用三角函数，将零值设置为正零单个三角形分布，用以提高收敛温度的效果。
根据温度误差e和误差的变化率ec，修改PID控制器中比例P，积分I，微分D参数的大小，使温度平稳上升。
Claims (9)
1.一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统，其特征在于，包括热电偶及热电偶温度变送器、模糊PID控制器、调压加热器、电阻炉，所述的模糊PID控制器设在控制室内，与热电偶温度变送器的输入端相连接，模糊PID控制器输出端与调压加热器连接，调压器和电阻炉连接。
2.根据权利要求1 所述一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统，其特征在于，所述的模糊PID控制器接收热电偶温度变送器信号，根据热电偶温度变送器信号减去设定的信号，得到误差及误差的变化率。
3.根据权利要求1 所述一种用于电阻炉温度控制的模糊PID方法，其特征在于，包括利用模糊PID控制对电阻炉温度进行控制的步骤如下：
（1）首先由热电偶测出电阻炉温度，通过与设定的温度信号进行比较，计算温度误差e和温度变化率ec；
（2）所述的温度偏差信号和温度变化率信号共同输入模糊控制器；
（3）当电阻炉温度偏差大且温度变化率小时，采用模糊控制；
（4）所述的模糊控制器对输入信号进行模糊化，根据模糊规则得出模糊值；
（5）所述的模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到所需要的控制器输出信号q；
（6）所述的模糊控制器的输出信号q加到调压加热器上，进行调节电压，改变加热功率；
（7）所述的调压加热器的输出信号输出到电阻炉上，进行温度的有效控制。
4.根据权利要求3 所述的一种用于电阻炉温度控制的模糊PID方法，其特征在于，所述的步骤(1) 中温度偏差信号e和温度变化率信号ec，经过模糊推理后输入到模糊控制器。
5.根据权利要求3 所述的一种用于电阻炉温度控制的模糊PID方法，其特征在于，在步骤(5) 中对输出信号进行解模糊化后输出控制量q。
6.根据权利要求3 所述的一种用于电阻炉温度控制的模糊PID方法，其特征在于，在步骤(1) 中所述的温度误差e 的论域是-1 至1，温度误差变化率ec 的论域是-1 至1。
7.根据权利要求3 所述的一种用于电阻炉温度控制的模糊PID方法，其特征在于，在步骤(5)中所述的控制器输出信号q 论域是-1 至1。
8.根据权利要求7 所述的一种用于电阻炉温度控制的模糊PID方法，其特征在于，在步骤(1) 中新建立一个误差e 的隶属函数，隶属函数采用三角函数，将零值设置为正零单个三角形分布，用以提高收敛温度的效果。
9.根据权利要求1 所述一种用于电阻炉温度控制的模糊PID方法，其特征在于，根据温度误差e和误差的变化率ec，修改PID控制器中比例P，积分I，微分D参数的大小，使温度平稳上升。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109913636A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-06-21 | 福建船政交通职业学院 | 一种热处理炉温度控制方法和系统 |
| CN110032226A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-19 | 陕西理工大学 | 电阻炉温度的模糊控制系统及控制方法 |
| CN112481468A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-12 | 湖北秦鸿新材料股份有限公司 | 热处理炉的温度控制装置及温度控制方法 |
| CN114609901A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-06-10 | 浙江浩普环保工程有限公司 | 一种焚烧炉模糊自适应温度控制方法及系统 |
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2018
- 2018-12-07 CN CN201811495684.1A patent/CN109343338A/zh not_active Withdrawn
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| CN114609901A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-06-10 | 浙江浩普环保工程有限公司 | 一种焚烧炉模糊自适应温度控制方法及系统 |
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Application publication date: 20190215 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |